DE102006000268A1

DE102006000268A1 - Fluideinspritzventil

Info

Publication number: DE102006000268A1
Application number: DE102006000268A
Authority: DE
Inventors: Yusuke Kariya Hongo; Masaaki Kariya Kato; Shigeo Kariya Nomura; Yoshiaki Kariya Nishijima
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2005-06-06
Filing date: 2006-06-02
Publication date: 2006-12-07
Anticipated expiration: 2026-06-03
Also published as: US20070075160A1; FR2886685B1; JP2007016773A; JP4475250B2; FR2886685A1; DE102006000268B4

Abstract

Ein Fluideinspritzventil (1) hat eine äußere und eine innere Nadel (6, 7), die mit einer öffnungsseitigen Kopplung (65, 75) und einer schließseitigen Kopplung (64, 74) versehen sind. Die öffnungsseitige Kopplung (65, 75) bringt die äußere Nadel (6) mit der inneren Nadel (7) in einen Eingriff, um eine relative Versetzung zwischen der äußeren und der inneren Nadel (6, 7) innerhalb einer ersten vorbestimmten Distanz während eines Öffnungsbetriebes der äußeren und der inneren Nadel (6, 7) zum Öffnen eines äußeren und eines inneren Einspritzloches (22, 23) zu begrenzen. Die schließseitige Kopplung (64, 74) bringt die äußere Nadel (6) mit der inneren Nadel (7) in einen Eingriff, um die relative Bewegung zwischen der äußeren und der inneren Nadel (6, 7) innerhalb einer zweiten vorbestimmten Distanz während eines Schließbetriebes der äußeren und der inneren Nadel (6, 7) zu begrenzen.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Fluideinspritzventil, das für ein Fahrzeug-Kraftstoffeinspritzsystem geeignet ist.

WO-03/069151 A1 offenbart ein Kraftstoffeinspritzventil, das Folgendes aufweist: eine äußere Nadel, die in einem Ventilkörper so angebracht ist, dass sie äußere Einspritzlöcher des Ventilkörpers öffnet und schließt; eine innere Nadel, die in der äußeren Nadel so angebracht ist, dass sie zweite Einspritzlöcher des Ventilkörpers öffnet und schließt; eine Staudruckkammer, die einen Druck akkumuliert, der auf die äußere und die innere Nadel wirkt, um Bewegungen der äußeren und der inneren Nadel gemäß einer Änderung des Druckes in der Staudruckkammer zu steuern; und ein Drucksteuerventil, das den Druck in der Staudruckkammer reguliert.

Bei dem vorstehend beschriebenen Kraftstoffeinspritzventil ist die innere Nadel im Inneren der äußeren Nadel angebracht. Wenn der Druck in der Staudruckkammer verringert wird, bewegt sich daher zuerst die äußere Nadel zu ihrer Öffnungsseite, und dann bewegt sich die innere Nadel zu ihrer Öffnungsseite. Dementsprechend ist das Kraftstoffeinspritzventil mit zwei oder mehreren Niveaus eines Kraftstoffeinspritzverhältnisses bei seiner Einspritzstartzeit versehen.

Jedoch tritt ein erster Nachteil aufgrund eines Aufbaus des Kraftstoffeinspritzventils dahingehend auf: die innere Nadel hat eine zylindrische Form mit einem konstanten Durchmesser über ihre Länge von ihrem einen Endabschnitt zu dem anderen Endabschnitt; und die äußere Nadel hat eine Durchgangsbohrung, in der die innere Nadel angebracht ist, und einen Eingriffsabschnitt mit einem Durchmesser, der kleiner ist als ein Bohrungsdurchmesser der Durchgangsbohrung, so dass er mit der inneren Nadel in Eingriff gelangt, wenn die innere Nadel nach oben angehoben wird. Bei diesem Aufbau wird die Bewegung der inneren Nadel gemäß Drücken bestimmt, die auf den einen und den anderen Endabschnitt der inneren Nadel wirken. Dementsprechend startet eine Bewegung der inneren Nadel zu deren Öffnungsseite bei einem Zeitpunkt, der irrelevant für die Bewegung der äußeren Nadel bei einem Übergang der äußeren und der inneren Nadel von einer Schließposition zum Schließen der äußeren und inneren Einspritzlöcher zu einer Öffnungsposition zum Öffnen der äußeren und inneren Einspritzlöcher ist. Infolgedessen ist das Einspritzverhältnis des Kraftstoffeinspritzventils bei einer ersten Hälfte des entsprechenden Kraftstoffeinspritzbetriebs instabil.

In ähnlicher Weise bewirkt der Aufbau des Kraftstoffeinspritzventils einen zweiten Nachteil, dass eine Bewegung der inneren Nadel bei einem instabilen Zeitpunkt bei einem Übergang der äußeren und der inneren Nadel von der Öffnungsposition zu der Schließposition startet. Manchmal startet nämlich eine Bewegung der inneren Nadel vor der äußeren Nadel, und manchmal startet eine Bewegung der inneren Nadel nicht vor der äußeren Nadel, so dass das Einspritzverhältnis des Kraftstoffeinspritzventils bei einer letzten Hälfte des jeweiligen Kraftstoffeinspritzbetriebs instabil ist.

Die japanische Patentanmeldung JP-2004-139326, die durch den Anmelder der vorliegenden Erfindung angemeldet wurde und nach JP-2005-320904 A veröffentlicht wurde, offenbart ein Kraftstoffeinspritzventil, das in der 11 schematisch gezeigt ist. Das Kraftstoffeinspritzventil bewältigt den vorstehend beschriebenen ersten Nachteil. Das Kraftstoffeinspritzventil weist folgendes auf: eine zylinderförmige äußere Nadel 600; und eine innere Nadel 700, die gleitbar in der äußeren Nadel 600 angebracht ist und mit einem Abschnitt 710 mit großem Durchmesser an ihrem Endabschnitt entgegengesetzt zu den Einspritzlöchern versehen ist. Wenn die äußeren und die inneren Einspritzlöcher 220, 230 durch die äußere und die innere Nadel 600, 700 geschlossen werden, bilden der Endabschnitt 610 der äußeren Nadel 600 entgegengesetzt zu den Einspritzlöchern und die innere Nadel 700 dazwischen einen Zwischenraum L.

Wenn ein Steuerventil (nicht gezeigt) einen Kraftstoffdruck in der Staudruckkammer 300 verringert, startet zuerst eine Bewegung der äußeren Nadel 600 zu einer Öffnungsseite, um die äußeren Einspritzlöcher 220 zu öffnen. Dann bewegt sich die äußere Nadel 600 über eine Distanz, die so groß wie der Zwischenraum L ist, damit der Endabschnitt 610 der äußeren Nadel 600 entgegengesetzt zu den Einspritzlöchern mit dem Abschnitt 710 mit großem Durchmesser der inneren Nadel 700 in Kontakt gelangt. Danach bewegt sich die äußere Nadel 600 weiter zusammen mit der inneren Nadel 700 zu der Öffnungsseite, um die zweiten Einspritzlöcher 230 zu öffnen. Dementsprechend wird die Bewegung der inneren Nadel 700 mit der Bewegung der äußeren Nadel 600 gekoppelt, um einen Zeitpunkt zum Starten einer Bewegung der inneren Nadel 700 zu stabilisieren, und um ein gefordertes Einspritzverhältnis bei einer ersten Hälfte des jeweiligen Kraftstoffeinspritzbetriebs bezüglich des herkömmlichen Kraftstoffeinspritzventils zu verwirklichen.

Jedoch bewältigt das Kraftstoffeinspritzventil gemäß der japanischen Patentanmeldung JP-2004-139326 nicht den vorstehend beschriebenen zweiten Nachteil. Die äußere Nadel 600 hat eine zylindrische Form, so dass ein Zeitpunkt zum Starten einer Bewegung der inneren Nadel 600 bei einem Übergang von der Öffnungsposition zum Öffnen der äußeren und inneren Einspritzlöcher 220, 230 zu der Schließposition zum Schließen der äußeren und inneren Einspritzlöcher 220, 230 instabil ist. Manchmal startet nämlich eine Bewegung der äußeren Nadel 600 vor der inneren Nadel 700, und manchmal startet eine Bewegung der äußeren Nadel 600 nicht vor der inneren Nadel 700. Dementsprechend kann das in der 11 gezeigte Kraftstoffeinspritzventil das Einspritzverhältnis bei einer letzten Hälfte des jeweiligen Kraftstoffeinspritzbetriebs nicht stabilisieren.

Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der vorstehend beschriebenen Umstände gestaltet, und es ist die Aufgabe, ein Fluideinspritzventil vorzusehen, das ein stabiles Kraftstoffeinspritzverhältnis von einer ersten Hälfte zu einer letzten Hälfte des jeweiligen Kraftstoffeinspritzbetriebs aufweist.

Das Fluideinspritzventil hat einen Ventilkörper, eine äußere Nadel, eine innere Nadel, eine Staudruckkammer und ein Drucksteuerventil. Der Ventilkörper hat ein äußeres Einspritzloch und ein inneres Einspritzloch jeweils zum Einspritzen eines Fluids aus ihm. Die äußere Nadel ist in dem Ventilkörper so angebracht, dass sie in einer axialen Richtung gleitet, um das äußere Einspritzloch zu öffnen und zu schließen. Die innere Nadel ist in einer Längsbohrung der äußeren Nadel in der axialen Richtung angebracht, um das innere Einspritzloch zu öffnen und zu schließen. Die Staudruckkammer akkumuliert einen Staudruck, der auf die äußere und die innere Nadel wirkt. Das Drucksteuerventil reguliert den Staudruck, um Bewegungen der äußeren und der inneren Nadel zu steuern.

Die äußere Nadel und die innere Nadel haben eine öffnungsseitige Koppelung und eine schließseitige Koppelung. Die öffnungsseitige Koppelung bringt die äußere Nadel mit der inneren Nadel in Eingriff, um eine relative Versetzung zwischen der äußeren und der inneren Nadel innerhalb einer ersten vorbestimmten Distanz während eines Öffnungsbetriebs der äußeren und der inneren Nadel von einer Schließposition zum Schließen des äußeren und des inneren Einspritzloches zu einer Öffnungsposition zum Öffnen des äußeren und des inneren Einspritzloches zu begrenzen. Die schließseitige Koppelung bringt die äußere Nadel mit der inneren Nadel in Eingriff, um die relative Bewegung zwischen der äußeren und der inneren Nadel innerhalb einer zweiten vorbestimmten Distanz während eines Schließbetriebs der äußeren und der inneren Nadel von der Öffnungsposition zu der Schließposition zu begrenzen.

Weitere Merkmale und Vorteile von Ausführungsbeispielen werden ebenso wie die Betriebsweisen und die Funktion der dazugehörigen Bauteile aus der folgenden detaillierten Beschreibung, den beigefügten Ansprüchen und den Zeichnungen ersichtlich, die allesamt Bestandteil dieser Anmeldung sind. Zu den Zeichnungen:
1 zeigt schematisch eine Ansicht eines Akkumulator-Kraftstoffeinspritzgeräts und eines Fluideinspritzventils gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2 zeigt eine Querschnittsansicht eines wesentlichen Abschnittes des Fluideinspritzventils gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
3 zeigt eine Querschnittsansicht eines vorderen Endabschnitts des Fluideinspritzventils gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
4 zeigt eine Ansicht eines ersten Betriebszustands des Fluideinspritzventils gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
5 zeigt eine Ansicht eines zweiten Betriebszustands des Fluideinspritzventils gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
6 zeigt eine Ansicht eines dritten Betriebszustands des Fluideinspritzventils gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
7 zeigt eine Ansicht eines vierten Betriebszustands des Fluideinspritzventils gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
8A zeigt ein Zeitdiagramm einer Änderung eines Antriebspulses, der durch eine ECU zum Steuern eines Betriebes einer piezoelektrischen Vorrichtung bei dem Fluideinspritzventil gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel gesendet wird;
8B zeigt ein Zeitdiagramm einer Änderung eines Druckes in einer Staudruckkammer bei dem Fluideinspritzventil gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
8C zeigt ein Zeitdiagramm von Änderungen von zurückgelegten Distanzen einer äußeren und einer inneren Nadel bei dem Fluideinspritzventil gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
8D zeigt ein Zeitdiagramm einer Änderung eines Einspritzverhältnisses des Fluideinspritzventils gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
9A und 9B zeigen Ansichten eines Montageprozesses des Fluideinspritzventils zum Anbringen der inneren Nadel in die äußere Nadel;
10 zeigt eine Querschnittsansicht eines wesentlichen Abschnittes eines Fluideinspritzventils gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
11 zeigt eine Querschnittsansicht eines wesentlichen Abschnittes eines Fluideinspritzventils aus dem Stand der Technik.
(Erstes Ausführungsbeispiel)
Ein Kraftstoffeinspritzventil gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die 1 bis 8 beschrieben.
Das Kraftstoffeinspritzventil 1 ist in einem Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine wie zum Beispiel eine Dieselkraftmaschine eingebaut, die nachfolgend einfach als „Kraftmaschine" bezeichnet wird. Das Kraftstoffeinspritzventil 1 ist an einem entsprechenden Zylinder der Kraftmaschine angebracht, um direkt in den Zylinder einzuspritzen.
Das Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem weist folgendes auf: ein Kraftstoffeinspritzventil 1; eine Common-Rail 9; eine Kraftstoffpumpe 10; eine elektronische Steuereinheit (ECU) 12; Kraftstoffrohre 13, 14; ein Kraftstoffauslassrohr 15 und einen Kraftstoffbehälter 11. Ein Ende des Kraftstoffrohres 14 ist mit dem Kraftstoffeinspritzventil 1 verbunden, und das andere Ende des Kraftstoffrohres 14 ist mit der Common-Rail 9 verbunden. Ein Ende des Kraftstoffrohres 13 ist mit der Common-Rail 9 verbunden, und das andere Ende des Kraftstoffrohres 13 ist mit dem Kraftstoffbehälter 11 verbunden. Eine Kraftstoffpumpe 10 ist an einer Rohrführung des Kraftstoffrohres 13 vorgesehen. Ein Ende des Kraftstoffauslassrohres 15 ist mit dem Kraftstoffeinspritzventil 1 verbunden, und das andere Ende des Kraftstoffauslassrohres 15 ist mit dem Kraftstoffbehälter 11 verbunden.
Die Kraftstoffpumpe 10 ist eine Tauchkolben-Zuführungspumpe, die durch die Kraftmaschine angetrieben wird. Die Kraftstoffpumpe 10 beaufschlagt den aus dem Kraftstoffbehälter 11 eingezogenen Kraftstoff auf einen vorbestimmten Druck, der gemäß einem Antriebszustand und anderen Faktoren konfiguriert wird. Der auf einen hohen Druck beaufschlagte Kraftstoff wird durch das Kraftstoffrohr 13 zu der Common-Rail 9 zugeführt.
Die Common-Rail 9 ist ein Akkumulator zum Akkumulieren von Kraftstoff auf einen Druck gemäß dem Antriebszustand und anderen Faktoren. Die Common-Rail 9 führt konstant den Hochdruckkraftstoff zu dem Kraftstoffeinspritzventil 1 durch das Kraftstoffrohr 14 zu. Die ECU 12 berechnet eine Kraftstoffeinspritzmenge gemäß dem Antriebszustand und anderen Faktoren, und sie steuert das Kraftstoffeinspritzventil 1 derart, dass das Kraftstoffeinspritzventil 1 die berechnete Menge des Kraftstoffes einspritzt. Das Kraftstoffauslassrohr 15 führt den überschüssigen Kraftstoff, der durch das Kraftstoffeinspritzventil 1 nicht eingespritzt wird, zu dem Kraftstoffbehälter 11 zurück.
Im Folgenden wird ein Aufbau des Kraftstoffeinspritzventils 1 unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 beschrieben. Das Kraftstoffeinspritzventil 1 weist folgendes auf: einen Aktuatorabschnitt 8, ein Drei-Wege-Ventil 5 und einen Düsenabschnitt 2. Das Kraftstoffeinspritzventil 1 ist mit Kanälen eines Steuerkanals 27, eines Kraftstoffzuführungskanals 28, eines Kraftstoffauslasskanals 29 und eines Kraftstoffkanals 30 versehen. Die Kanäle sollen den Hochdruckkraftstoff von den vorstehend erwähnten Kraftstoffrohren 13, 14 zu verschiedenen Abschnitten in dem Kraftstoffeinspritzventil 1 zuführen und überschüssigen Kraftstoff aus den verschiedenen Abschnitten in dem Kraftstoffeinspritzventil 1 auslassen. Das Drei-Wege-Ventil 5 entspricht dem Drucksteuerventil gemäß der vorliegenden Erfindung.
Der Steuerkanal 27 verbindet den Aktuatorabschnitt 8 mit dem Drei-Wege-Ventil 5. Der Kraftstoffzuführungskanal 28 verbindet den Düsenabschnitt 2 mit dem Kraftstoffrohr 14. Der Kraftstoffzuführungskanal 28 ist so abgezweigt, dass er außerdem mit dem Drei-Wege-Ventil 5 verbunden ist. Der Kraftstoffkanal 30 verbindet das Drei-Wege-Ventil 5 mit dem Düsenabschnitt 2. Der Kraftstoffauslasskanal 29 verbindet das Drei-Wege-Ventil 5 mit dem Kraftstoffauslassrohr 15.
Der Aktuatorabschnitt 8 hat eine piezoelektrische Vorrichtung 81 und einen Kolben 82. Die piezoelektrische Vorrichtung 81 ist mit der ECU 12 elektrisch verbunden. Wenn die piezoelektrische Vorrichtung 81 einen Antriebspuls aufnimmt, der durch die ECU 12 gesendet wird, dann wird die piezoelektrische Vorrichtung 81 gemäß einer Größe des Antriebspulses vergrößert und komprimiert.
Die piezoelektrische Vorrichtung 81 vergrößert sich, wenn der Antriebspuls eingeschaltet ist, und sie kehrt zu ihrer ursprünglichen Länge zurück, wenn der Antriebspuls ausgeschaltet ist. Wenn sich die piezoelektrische Vorrichtung 81 vergrößert, dann wird die Vergrößerung der piezoelektrischen Vorrichtung 81 zu dem Kolben 82 übertragen. An einer Endseite des Kolbens 82 ist eine Steuerkammer 83 ausgebildet, die mit dem Kraftstoff gefüllt ist. Somit ändert sich ein Innenvolumen der Steuerkammer 83 gemäß der Vergrößerung und der Komprimierung der piezoelektrischen Vorrichtung 81, um den Kraftstoffdruck in der Steuerkammer 83 zu ändern. Die Kraftstoffdruckänderung wird über den Steuerkanal 27 zu dem Drei-Wege-Ventil 5 übertragen, um das Drei-Wege-Ventil 5 zu schalten.
Das Drei-Wege-Ventil 5 wird zwischen folgendem geschaltet: einer ersten Position, um den Kraftstoffkanal 30 mit dem Kraftstoffzuführungskanal 28 zu verbinden; und einer zweiten Position, um den Kraftstoffkanal 30 mit dem Kraftstoffauslasskanal 29 zu verbinden. Wenn das Drei-Wege-Ventil 5 in der ersten Position ist, wie dies in der 1 gezeigt ist, dann ist der Kraftstoffkanal 30 mit dem Kraftstoffzuführungskanal 28 in Verbindung, um den Hochdruckkraftstoff zu dem Düsenabschnitt 2 zuzuführen. Wenn das Drei-Wege-Ventil 5 an der zweiten Position ist, dann ist der Kraftstoffkanal 30 mit dem Kraftstoffauslasskanal 29 in Verbindung, um den Kraftstoff aus dem Düsenabschnitt 2 zu dem Kraftstoffbehälter 11 auszulassen.
Der Düsenabschnitt 2 weist folgendes auf: eine Platte 4 und einen Düsenkörper 21, der dem Ventilkörper gemäß der vorliegenden Erfindung entspricht. Der Düsenkörper 21 hat einen ungefähr zylinderförmigen Abschnitt, der eine Öffnung an seinem oberen Endabschnitt und einen Boden an seinem unteren Endabschnitt aufweist. Der Düsenkörper 21 nimmt eine äußere Nadel 6, eine innere Nadel 7, einen Zylinder 42, eine äußere Feder 43 und eine innere Feder 44 darin auf. An dem oberen Endabschnitt des Düsenkörpers 21 ist die Platte 4 unter Verwendung einer Rückhaltemutter und dergleichen (nicht gezeigt) befestigt.
In einem Bodenabschnitt des Düsenkörpers 21 sind viele äußere Einspritzlöcher 22 und viele innere Einspritzlöcher 23 ausgebildet. Die äußeren Einspritzlöcher 22 sind an einem ersten fiktiven Kreis angeordnet, der koaxial zu der Mittelachse des Düsenkörpers 21 ist, und die inneren Einspritzlöcher 23 sind an einem zweiten fiktiven Kreis angeordnet, der koaxial zu der Mittelachse des Düsenkörpers 21 ist, und der einen unterschiedlichen Durchmesser als der erste fiktive Kreis aufweist. Der erste fiktive Kreis, an dem die äußeren Einspritzlöcher 22 angeordnet sind, ist an einer radial äußeren Seite des zweiten fiktiven Kreises, an dem die inneren Einspritzlöcher 23 angeordnet sind.
Die äußere Nadel 6 ist ein Ventilkopfkörper, von dem ein Ende an der Seite des Einspritzloches die äußeren Einspritzlöcher 22 öffnet und schließt. Die innere Nadel 7 ist ein Ventilkopfkörper, von dem ein Ende an der Seite des Einspritzlochs die inneren Einspritzlöcher 23 öffnet und schließt. Die äußere Nadel 6 ist ein ungefähr zylinderförmiger Ventilkopfkörper, der einen hohlen Abschnitt in der Nähe seiner Mittelachse aufweist. Die innere Nadel 7 ist ein ungefähr zylinderförmiger Ventilkopfkörper, der gleitbar in dem hohlen Abschnitt der äußeren Nadel 6 angebracht ist.
An einer Seite der äußeren Nadel 6 entgegengesetzt zu dem Einspritzloch ist ein ungefähr zylinderförmiger Zylinder 42 zum Führen der Bewegung der äußeren Nadel 6 vorgesehen. Ein Endabschnitt des Zylinders 42 entgegengesetzt zu dem Einspritzloch ist mit der Plattenoberfläche 41 in Kontakt. Ein Endabschnitt an der Seite des Einspritzlochs des Zylinders 42 und die äußere Nadel 6 klemmen dazwischen eine äußere Feder 43 ein, um eine Druckkraft zum Drücken der äußeren Nadel 6 zu den äußeren Einspritzlöchern 22 zu erzeugen. Die Plattenfläche 41 der Platte 4 und die innere Nadel 7 klemmen eine innere Feder 44 dazwischen ein, um eine Druckkraft zum Drücken der inneren Nadel 7 zu den inneren Einspritzlöchern 23 zu erzeugen.
Der Düsenkörper 21, in dem die vorstehend beschriebenen verschiedenen Bauteile eingebaut sind, ist außerdem darin mit mehreren Kammern versehen. Die Innenwand des Düsenkörpers 21 und die Umfangsfläche der äußeren Nadel 6 bilden dazwischen eine Düsenkammer 32. Ein Ende der Düsenkammer 32 ist mit einem Kraftstoffzuführungskanal 28 über einen Kanal in Verbindung, der in der Platte 4 ausgebildet ist. Das andere Ende der Düsenkammer 32 ist mit den äußeren Einspritzlöchern 22 und den inneren Einspritzlöchern 23 in Verbindung. Der Hochdruckkraftstoff wird durch den Kraftstoffzuführungskanal 28 in die Düsenkammer 32 geleitet, und dann aus den äußeren Einspritzlöchern 22 und den inneren Einspritzlöchern 23 eingespritzt.
Bei einem Endabschnitt des Düsenkörpers 21 entgegengesetzt zu dem Einspritzloch ist eine Staudruckkammer 31 durch eine Druckaufnahmefläche 62 der äußeren Nadel 6 entgegengesetzt zu dem Einspritzloch, eine Druckaufnahmefläche 72 der inneren Nadel 7 entgegengesetzt zu dem Einspritzloch, die Plattenfläche 41 und eine Innenwand des Zylinders 42 definiert. Die Staudruckkammer 31 ist mit dem Kraftstoffkanal 30 über einen Kanal in Verbindung, der in der Platte 4 ausgebildet ist.
Der Kraftstoffkanal 30 ist über das Drei-Wege-Ventil 5 mit dem Kraftstoffzuführungskanal 28 und dem Kraftstoffauslasskanal 29 in Verbindung. Wie dies vorstehend beschrieben ist, regulieren Schaltbetriebe des Drei-Wege-Ventils 5 den Druck in der Staudruckkammer 31. Des weiteren ändern sich Drücke, die auf die Druckaufnahmeflächen 62, 72 der äußeren und der inneren Nadel 6, 7 entgegengesetzt zu dem Einspritzloch wirken, gemäß dem Druck in der Staudruckkammer 31. Somit wird eine Kraft zum Bewegen der äußeren und der inneren Nadel 6, 7 zu den Einspritzlöchern 22, 23 dadurch eingestellt, dass der Druck in der Staudruckkammer 31 reguliert wird.
An einer Innenwand der äußeren Nadel 6 ist eine ringartige Nut 63 ausgebildet, die der Vertiefung gemäß der vorliegenden Erfindung entspricht. Die ringartige Nut 63 weist folgendes auf: einen Boden, der annähernd parallel zu der Umfangsfläche der äußeren Nadel 6 ist; und Seitenwände, die Seite an Seite in einer axialen Richtung der äußeren Nadel 6 angeordnet sind. Eine Seitenwand der ringartigen Nut 63 entgegengesetzt zu dem Einspritzloch wird als eine obere Endwand 64 bezeichnet, und eine Seitenwand der ringartigen Nut 63 an der Seite des Einspritzloches wird als eine untere Endwand 65 bezeichnet. Die obere Endwand 64 entspricht der zweiten axialen Endinnenfläche gemäß der vorliegenden Erfindung, und die untere Endwand 65 der ringartigen Nut 63 entspricht der ersten axialen Endinnenfläche gemäß der vorliegenden Erfindung.
An einer Seitenwand der inneren Nadel 7 ist ein Flansch 73 ausgebildet, der den Vorsprung gemäß der vorliegenden Erfindung entspricht. Ein oberer Abschnitt des Vorsprungs des Flansches 73 ist dem Boden der ringartigen Nut 63 zugewandt. Eine Seitenwand des Flansches 73 entgegengesetzt zu dem Einspritzloch wird als eine obere Fläche 74 bezeichnet, und eine Seitenwand des Flansches 73 an der Seite des Einspritzloches wird als eine untere Fläche 75 bezeichnet. Die obere Fläche 74 des Flansches 73 entspricht der zweiten axialen Endfläche gemäß der vorliegenden Erfindung. Die untere Fläche 75 des Flansches 73 entspricht der ersten axialen Endfläche gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die obere Endwand 64 der ringartigen Nut 63 und die obere Fläche 74 des Flansches 73 sind einander zugewandt, und die untere Endwand 65 der ringartigen Nut 63 und die untere Fläche 75 des Flansches 73 sind einander zugewandt. Eine Dicke des Flansches 73, das heißt ein Abstand zwischen der oberen Fläche 74 des Flansches 73 und der unteren Fläche 75 des Flansches 73 ist kleiner als ein Abstand zwischen der oberen Endwand 64 der ringartigen Nut 63 und der unteren Endwand 65 der ringartigen Nut 63.
Wenn das äußere und das innere Einspritzloch 22, 23 durch die äußere und innere Nadel 6, 7 geschlossen werden, dann bilden die obere Fläche 74 des Flansches 73 und die obere Endwand 64 der ringartigen Nut 63 dazwischen einen kleinen Zwischenraum B, und die untere Fläche 75 des Flansches 73 und die untere Endwand 65 der ringartigen Nut 63 bilden dazwischen einen Zwischenraum A. Dabei beträgt ein Abstand zwischen der Druckaufnahmefläche 62 der äußeren Nadel 6 entgegengesetzt zu dem Einspritzloch und der Plattenfläche 41 Lmax, der ein maximaler Hubabstand der äußeren Nadel 6 ist. Der Zwischenraum A ist kleiner als der Abstand Lmax, und der kleine Zwischenraum B ist sehr viel kleiner als der Zwischenraum A.
Wie dies vorstehend beschrieben ist, wenn das äußere und das innere Einspritzloch 22, 23 durch die äußere und die innere Nadel 6, 7 geschlossen werden, bilden die ringartige Nut 63 und der Flansch 73 Zwischenräume A, B in der axialen Richtung. Auch wenn die Gesamtlängen der äußeren und der inneren Nadel 6, 7 im Laufe der Zeit verändert werden, absorbieren somit die Zwischenräume A, B die Schwingungen über die Gesamtlängen. Auch wenn des weiteren die äußere und die innere Nadel 6, 7 Maßabweichungen und Toleranzen aufweisen, absorbieren die Zwischenräume A, B die Maßabweichungen und Toleranzen. Dementsprechend ist es nicht erforderlich, die äußere und die innere Nadel 6, 7 mit einer extrem hohen Verarbeitungsgenauigkeit über den Bedarf hinaus auszubilden, damit ihre Herstellungskosten nicht ansteigen.
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel ist die äußere Nadel 6 mit der ringartigen Nut 63 versehen, und die innere Nadel 7 ist mit dem Flansch 73 versehen. Durch diesen Aufbau ist es möglich, eine ringartige Nut 63 und den Flansch 73 ohne eine Verringerung der Festigkeit der inneren Nadel 7 vorzusehen, die in der äußeren Nadel 6 angebracht ist, auch wenn die äußere Nadel 6 eine Beschränkung hinsichtlich ihres Außendurchmessers aufweist.
Der Endabschnitt des Kraftstoffeinspritzventils 1 an der Seite des Einspritzloches ist an der Kraftmaschine so angebracht, dass er in einer Brennkammer der Kraftmaschine frei liegt, so dass ein Außendurchmesser des Kraftstoffeinspritzventils 1 auf eine Größe festgelegt wird, die so klein wie möglich ist. Daher kann die Festigkeit der äußeren Nadel 6 unzureichend sein, wenn die ringartige Nut 63 in der äußeren Nadel 6 ausgebildet wird. Bei dem ersten Ausführungsbeispiel ist die ringartige Nut 63 in einer Nähe eines Endabschnittes der äußeren Nadel 6 entgegengesetzt zu dem Einspritzloch ausgebildet, wobei der Außendurchmesser der äußeren Nadel 6 von dieser bei den anderen Abschnitten erweitert werden kann. Dementsprechend ist es möglich, eine Verringerung der Festigkeit aufgrund der ringartigen Nut 63 zu minimieren, die in der äußeren Nadel 6 ausgebildet ist.
Im Folgenden werden Aufbauten der Endabschnitte der äußeren und der inneren Nadel 6, 7 an der Seite des Einspritzloches unter Bezugnahme auf die 3 beschrieben. Der Düsenkörper 21 hat einen ersten äußeren Ventilsitz 24, der an einer stromaufwärtigen Seite der äußeren Einspritzlöcher 22 ausgebildet ist, und einen zweiten äußeren Ventilsitz 25, der an einer stromabwärtigen Seite der äußeren Einspritzlöcher 22 ausgebildet ist. Der erste äußere Ventilsitz 24 dient zum Setzen eines ersten äußeren Ventilkopfabschnittes 66, der in dem Endabschnitt der äußeren Nadel 6 an der Seite des Einspritzloches ausgebildet ist. Der zweite äußere Ventilsitz 25 dient zum Setzen eines zweiten äußeren Ventilkopfabschnittes 67, der in dem Endabschnitt der äußeren Nadel 6 an der Seite des Einspritzloches ausgebildet ist. Der Düsenkörper 21 hat des weiteren einen inneren Ventilsitz 26 zwischen dem zweiten äußeren Ventilsitz 25 und den inneren Einspritzlöchern 23. Der innere Ventilsitz 26 dient zum Setzen eines inneren Ventilkopfabschnittes 76, der in dem Endabschnitt der inneren Nadel 7 an der Seite des Einspritzloches ausgebildet ist.
Der erste äußere Ventilsitz 24 ist so angeordnet, dass der Hochdruckkraftstoff nicht von der Düsenkammer 32 zu den äußeren Einspritzlöchern 22 strömt, wenn der erste äußere Ventilkopfabschnitt 66 daran gesetzt ist. Der zweite äußere Ventilsitz 25 ist so angeordnet, dass der Hochdruckkraftstoff von einer Seite der inneren Nadel 7 nicht zu den äußeren Einspritzlöchern 22 zurückströmt, wenn der zweite äußere Ventilkopfabschnitt 67 daran gesetzt ist. Der innere Ventilsitz 26 ist so angeordnet, dass der Hochdruckkraftstoff von der Düsenkammer 32 nicht zu den inneren Einspritzlöchern 23 strömt, wenn der innere Ventilkopfabschnitt 76 daran gesetzt ist.
Die äußere Nadel 6 ist mit einer Druckaufnahmefläche 61 an der Seite des Einspritzloches an ihrem Abschnitt versehen, der in der Düsenkammer 32 frei liegt. Die innere Nadel 7 ist mit einer Druckaufnahmefläche 71 an der Seite des Einspritzloches an ihrem Abschnitt an der Seite des Einspritzloches versehen, um einen Kraftstoffdruck aufzunehmen, der von der Düsenkammer 32 geleitet wird. Wenn der Kraftstoffdruck, der von der Düsenkammer 32 geleitet wird, auf die Druckaufnahmeflächen 61, 71 an der Seite des Einspritzloches wirkt, dann drückt der Kraftstoffdruck die äußere und die innere Nadel 6, 7 zu der entgegengesetzten Seite des Einspritzloches. Die Bewegungen der äußeren und der inneren Nadel 6, 7 werden gemäß einem Gleichgewicht zwischen dem Kraftstoffdruck, der auf die Druckaufnahmeflächen 61, 71 der äußeren und der inneren Nadel 6, 7 an der Seite des Einspritzloches und dem Druck bestimmt, der auf die Druckaufnahmeflächen 62, 72 der äußeren und der inneren Nadel 6, 7 entgegengesetzt zu dem Einspritzloch wirkt.
Im Folgenden werden Wirkungen der äußeren und der inneren Nadel 6, 7 unter Bezugnahme auf die 4 bis 7 beschrieben. Wenn das Drei-Wege-Ventil 5 in die erste Position geschaltet wird, wie dies in der 1 gezeigt ist, dann ist der Kraftstoffkanal 30 mit dem Kraftstoffzuführungskanal 28 verbunden, so dass der Druck in der Staudruckkammer 31 gleich dem Druck in der Common-Rail 9 ist. Der Hochdruckkraftstoff in der Common-Rail 9 wird außerdem zu der Düsenkammer 32 durch den Kraftstoffzuführungskanal 28 zugeführt. Außerdem ist der Druck in der Düsenkammer 32 nämlich gleich dem Druck in der Common-Rail 9. Somit sind beide Druckaufnahmeflächen 61, 62 den Drücken mit dem gleichen Betrag ausgesetzt. Dementsprechend bestimmt ein Flächenverhältnis der Druckaufnahmeflächen 61, 62 eine Kraft, die auf die äußere Nadel 6 wirkt. Bei dem ersten Ausführungsbeispiel ist ein Flächeninhalt der Druckaufnahmefläche 62 entgegengesetzt zu dem Einspritzloch größer als ein Flächeninhalt der Druckaufnahmefläche 61 an der Seite des Einspritzloches, so dass die Kraft die äußere Nadel regelmäßig zu den äußeren Einspritzlöchern 22 drückt. Des weiteren klemmen die äußere Nadel 6 und der Zylinder 42 die äußere Feder 43 dazwischen ein, um die äußere Nadel 6 zu den äußeren Einspritzlöchern 22 zu bewegen. Somit werden der erste und der zweite äußere Ventilkopfabschnitt 66, 67 an dem ersten und dem zweiten Ventilsitz 24, 25 gesetzt, um das Einspritzen des Hochdruckkraftstoffes aus den äußeren Einspritzlöchern 22 zu stoppen. Dabei ist die Druckaufnahmefläche 71 der inneren Nadel 7 nicht dem Hochdruckkraftstoff in der Düsenkammer 32 ausgesetzt, so dass die Druckkraft der inneren Feder 44 den inneren Ventilkopfabschnitt 76 an den inneren Ventilsitz 26 setzt, wie dies in der 4 gezeigt ist.
Wenn das Drei-Wege-Ventil 5 in die zweite Position geschaltet wird, um den Kraftstoff in der Staudruckkammer 31 durch den Kraftstoffauslasskanal 29 und das Kraftstoffauslassrohr 15 nach außen auszulassen, wird der Druck in der Staudruckkammer 31 kleiner als der Druck des Hochdruckkraftstoffs. Somit verringert sich ein Druck, der auf die Druckaufnahmefläche 62 der äußeren Nadel 6 entgegengesetzt zu dem Einspritzloch wirkt. Dementsprechend überschreitet die Kraft, die die äußere Nadel 6 von den äußeren Einspritzlöchern 22 weg drückt, die Kraft, die die äußere Nadel 6 zu den äußeren Einspritzlöchern 22 drückt, so dass sich die äußere Nadel 6 von den äußeren Einspritzlöchern 22 weg bewegt. Infolgedessen werden der erste und der zweite äußere Ventilkopfabschnitt 66, 67 von dem ersten und dem zweiten Ventilsitz 24, 25 angehoben, um den Hochdruckkraftstoff aus den äußeren Einspritzlöchern 22 einzuspritzen.
Wenn sich die äußere Nadel 6 zu der Seite entgegengesetzt zu dem Einspritzloch über eine Distanz bewegt, die so groß wie der Zwischenraum A ist, dann gelangt die untere Endwand 65 der ringartigen Nut 63 mit der unteren Fläche 75 des Flansches 73 in Kontakt. Dann bewegt sich die äußere Nadel 6 zusammen mit der inneren Nadel 7, bis die Druckaufnahmeflächen 62, 72 der äußeren und der inneren Nadel 6, 7 entgegengesetzt zu dem Einspritzloch mit der Plattenfläche 41 der Platte 4 in Kontakt gelangen. Dabei wird der innere Ventilkopfabschnitt 76 von dem inneren Ventilsitz 26 angehoben, um den Hochdruckkraftstoff nicht nur aus den äußeren Einspritzlöchern 22 sondern auch aus den inneren Einspritzlöchern 23 einzuspritzen, wie dies in der 5 gezeigt ist.
Wenn das Drei-Wege-Ventil 5 erneut in die erste Position geschaltet wird, um den Hochdruckkraftstoff zu der Staudruckkammer 31 durch das Kraftstoffrohr 14 und den Kraftstoffzuführungskanal 28 zuzuführen, dann erhöht sich der Druck in der Staudruckkammer 31 auf den Druck des Hochdruckkraftstoffes, so dass er annähernd gleich dem Druck in der Düsenkammer 32 wird. Somit erhöht sich der Druck, der auf die Druckaufnahmefläche 62 der äußeren Nadel 6 entgegengesetzt zu dem Einspritzloch wirkt.
Dabei ist die Druckaufnahmefläche 72 der inneren Nadel 7 entgegengesetzt zu dem Einspritzloch mit der Plattenfläche 41 der Platte 4 in Kontakt, so dass die Druckaufnahmefläche 72 der inneren Nadel 7 entgegengesetzt zu dem Einspritzloch nicht dem Druck des Hochdruckkraftstoffes ausgesetzt ist. Dementsprechend bewegt sich nur die äußere Nadel 6 zu den äußeren Einspritzlöchern 22, wie dies in der 6 gezeigt ist.
Danach gelangt die obere Endwand 64 der ringartigen Nut 63 mit der oberen Fläche 74 des Flansches 73 in Kontakt. Dann bewegt sich die äußere Nadel 6 zusammen mit der inneren Nadel 7, bis der erste äußere Ventilkopfabschnitt 66, der zweite äußere Ventilkopfabschnitt 67 und der innere Ventilkopfabschnitt 76 an den ersten äußeren Ventilsitz 24, den zweiten äußeren Ventilsitz 25 bzw. den inneren Ventilsitz 26 gesetzt werden. Jeder der vorstehend beschriebenen Ventilkopfabschnitte 66, 67, 76 wird an den Ventilsitz gesetzt, um das äußere und das inneren Einspritzloch 22, 23 zu schließen, um das Einspritzen des Hochdruckkraftstoffes aus dem äußeren und dem inneren Einspritzloch 22, 23 zu stoppen, wie dies in der 7 gezeigt ist.
Im Folgenden wird ein Betrieb des Kraftstoffeinspritzventils 1 unter Bezugnahme auf die 8A bis 8D im Einzelnen beschrieben. In der 8A ist eine Änderung des Antriebspulses dargestellt, der durch die ECU 12 gesendet wird, um einen Betrieb der piezoelektrischen Vorrichtung 81 zu steuern. In der 8D ist eine Änderung in der Staudruckkammer 31 dargestellt. In der 8C ist eine Änderung von Hubdistanzen der äußeren und der inneren Nadel 6, 7 dargestellt. In der 8D ist eine Änderung des Einspritzverhältnisses gemäß den Bewegungen der äußeren und der inneren Nadel 6, 7 dargestellt.
Bei einem Zeitpunkt t1 startet die ECU 12 das Senden des Antriebspulses zu der piezoelektrischen Vorrichtung 81, wie dies in der 8A gezeigt ist. Dabei schaltet die piezoelektrische Vorrichtung 81 das Drei-Wege-Ventil 5 von der ersten Position zu der zweiten Position. Dann kehrt der Hochdruckkraftstoff in der Staudruckkammer 31 durch den Kraftstoffkanal 30, den Kraftstoffauslasskanal 29 und das Kraftstoffauslassrohr 15 zu dem Kraftstoffbehälter 11 zurück. Infolgedessen verringert sich der Druck in der Staudruckkammer 31, wie dies in der 8B gezeigt ist.
Bei einem Zeitpunkt t2 verringert sich der Druck in der Staudruckkammer 31 auf einen Ventilöffnungsdruck, das heißt ein Druck, bei dem die Nadel eine Bewegung zu der Seite entgegengesetzt zu dem Einspritzloch startet. Somit wird die äußere Nadel 6 der Kraft zur Seite entgegengesetzt zu dem Einspritzloch ausgesetzt, und sie startet eine Bewegung zur Seite entgegengesetzt zu dem Einspritzloch, wie dies in der 4 gezeigt ist. Dann werden der erste und der zweite äußere Ventilkopfabschnitt 66, 67 der äußeren Nadel 6 von dem ersten und dem zweiten Ventilsitz 24, 25 angehoben, um das Einspritzen des Hochdruckkraftstoffes aus den äußeren Einspritzlöchern 22 zu starten.
In der Staudruckkammer 31 ist die innere Feder 44 so angebracht, dass der innere Ventilkopfabschnitt 76 der inneren Nadel 7 an dem inneren Ventilsitz 26 aufgrund der Druckkraft der Feder 44 gesetzt bleibt. Dabei wird die Druckaufnahmefläche 71 der inneren Nadel 7 an der Seite des Einspritzloches dem Druck des Hochdruckkraftstoffes ausgesetzt, der von der Düsenkammer 32 geleitet wird. Jedoch ist die Druckkraft der inneren Feder 44 so ausgelegt, dass die innere Nadel 7 dabei nicht zu der Seite entgegengesetzt zu dem Einspritzloch bewegt wird, so dass die innere Nadel 7 keine Bewegung startet, wie dies in der 4 gezeigt ist.
Bei einem Zeitpunkt t3 hat sich die äußere Nadel 6 über eine Distanz bewegt, die so groß ist wie der Zwischenraum A. Die untere Endwand 65 der ringartigen Nut 63 der äußeren Nadel 6 kollidiert nämlich mit der unteren Fläche 75 des Flansches 73 der inneren Nadel 7. Wie dies in der 5 gezeigt ist, bewegen sich dann die äußere und die innere Nadel 6, 7, bis die Druckaufnahmefläche 62 der äußeren Nadel 6 entgegengesetzt zu dem Einspritzloch mit der Plattenfläche 41 bei einem Zeitpunkt t4 in Kontakt gelangt, wodurch die untere Endwand 65 der ringartigen Nut 63 und die untere Fläche 75 des Flansches 73 miteinander in Kontakt gelangen. Dementsprechend ist eine relative Versetzung zwischen der äußeren und der inneren Nadel 6, 7 innerhalb eines vorbestimmten Betrages begrenzt.
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel sind die ringartige Nut 63 und der Flansch 73 in der äußeren und der inneren Nadel 6, 7 ausgebildet. Wenn sich die äußere Nadel 6 über die Distanz bewegt hat, die so groß wie der Zwischenraum A ist, dann bewegt sich die innere Nadel 7 daher immer zusammen mit der äußeren Nadel 6. Bei dem ersten Ausführungsbeispiel ist die Bewegung der inneren Nadel 7 mit der Bewegung der äußeren Nadel 6 verknüpft, um einen Zeitpunkt zum Starten einer Bewegung der inneren Nadel 7 zu stabilisieren und um ein gefordertes Einspritzverhältnis zu verwirklichen, wie dies in der 8D gezeigt ist.
Der Zeitpunkt zum Starten der Bewegung der äußeren und der inneren Nadel 6, 7 kann je nach Bedarf dadurch gesteuert werden, dass der Zwischenraum A eingestellt wird. Somit ist es möglich, ein Starteinspritzmuster zu verwirklichen, das eine Nivellierung bei dem Einspritzverhältnis aufweist, wie dies in der 8 gezeigt ist. Die untere Endwand 65 der ringartigen Nut 63 und die untere Fläche 75 des Flansches 73 entsprechen der öffnungsseitigen Kopplung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Bei dem Zeitpunkt t5 stoppt die ECU 12 das Senden des Antriebspulses zu der piezoelektrischen Vorrichtung 81, um das Drei-Wege-Ventil 5 zurück in die zweite Position zu schalten. Dann wird der Hochdruckkraftstoff in dem Kraftstoffzuführungskanal 28 zu der Staudruckkammer 31 zugeführt, wie dies in der 8B gezeigt ist.
Bei dem Zeitpunkt t6 wird der Druck in der Staudruckkammer 31 auf einen Ventilschließdruck erhöht, das heißt ein Druck, bei dem eine Bewegung der Nadel zu der Seite des Einspritzloches startet. Somit wird die äußere Nadel 6 der Kraft zur Seite des Einspritzloches ausgesetzt, und sie startet eine Bewegung zu der Seite des Einspritzloches, wie dies in der 6 gezeigt ist.
Bei dem Zeitpunkt t7 hat sich die äußere Nadel 6 über eine Distanz bewegt, die so groß ist wie eine Summe des Zwischenraums A und des kleinen Zwischenraums B. Die obere Endwand 64 der ringartigen Nut 63 der äußeren Nadel 6 gelangt nämlich mit der oberen Fläche 74 des Flansches 73 der inneren Nadel 7 in Kontakt. Dabei ist die relative Versetzung zwischen der äußeren und der inneren Nadel 6, 7 kleiner als die relative Versetzung, wenn die äußere und die innere Nadel 6, 7 das äußere und das innere Einspritzloch 22, 23 schließen, und zwar über eine Distanz, die so groß ist wie der kleine Zwischenraum B. Wie dies in den 7, 8C gezeigt ist, bewegen sich dann die äußere und die innere Nadel 6, 7 zur Seite des Einspritzloches, wodurch die obere Endwand 64 der ringartigen Nut 73 mit der oberen Fläche 74 des Flansches 73 in Kontakt gehalten werden, wie dies in der 7 gezeigt ist. Dementsprechend wird die relative Versetzung zwischen der äußeren und der inneren Nadel 6, 7 innerhalb eines vorbestimmten Betrages begrenzt.
Bei dem Zeitpunkt t8 werden der erste und der zweite äußere Ventilkopfabschnitt 66, 67 an dem ersten und dem zweiten Ventilsitz 24, 25 gesetzt, um das Einspritzen des Hochdruckkraftstoffes aus den äußeren Einspritzlöchern 22 zu stoppen. Wie dies vorstehend beschrieben ist, wird eine relative Versetzung zwischen der äußeren und der inneren Nadel 6, 7, das heißt ein Abstand zwischen der äußeren und der inneren Nadel 6, 7 durch den Abstand verringert, der so groß ist wie der kleine Zwischenraum B. Somit werden der erste und der zweite äußere Ventilkopfabschnitt 66, 67 der äußeren Nadel 6 an den ersten und den zweiten Ventilsitz 24, 25 gesetzt, bevor der innere Ventilkopfabschnitt 76 der inneren Nadel 7 an den inneren Ventilsitz 26 gesetzt wird. Bei dem Zeitpunkt t8 bilden der innere Ventilkopfabschnitt 76 und der innere Ventilsitz 26 dazwischen einen Zwischenraum, der so groß ist wie der kleine Zwischenraum B. Danach wird bei einem Zeitpunkt t9 der innere Ventilkopfabschnitt 76 der inneren Nadel 7 an den inneren Ventilsitz 26 gesetzt, um das Einspritzen des Hochdruckkraftstoffes aus den inneren Einspritzlöchern 23 zu stoppen, wie dies in der 8C gezeigt ist.
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel sind die ringartige Nut 63 und der Flansch 73 in der äußeren und der inneren Nadel 6, 7 ausgebildet. Wenn sich die äußere Nadel 6 über die Distanz bewegt hat, die so groß ist wie eine Summe des Zwischenraums A und des kleinen Zwischenraums B, bewegt sich die innere Nadel 7 daher immer zusammen mit der äußeren Nadel 6. Bei dem ersten Ausführungsbeispiel wird die Bewegung der inneren Nadel 7 mit der Bewegung der äußeren Nadel 6 gekoppelt, um den Zeitpunkt zum Starten der Bewegung der inneren Nadel 7 zu stabilisieren, und um ein gefordertes Einspritzverhältnis bei der letzten Hälfte des Kraftstoffeinspritzbetriebs zu verwirklichen, wie dies in der 8D gezeigt ist.
Durch Einstellen des kleinen Zwischenraums B ist es möglich, die äußere und die innere Nadel 6, 7 annähernd gleichzeitig miteinander an den jeweiligen Ventilsitzen 24, 25, 26 zu setzen, um das äußere und das innere Einspritzloch 22, 23 zu schließen, wie dies in der 8D gezeigt ist. Diese Wirkung der äußeren und der inneren Nadel 6, 7 wird dadurch verwirklicht, dass der kleine Zwischenraum B mit einer Größe ausgebildet ist, die so klein wie möglich ist. Jedoch ist es wünschenswert, dass der kleine Zwischenraum B ausreicht, um Maßfehler und zeitliche Änderungen der Gesamtlängen der äußeren und der inneren Nadel 6, 7 zu absorbieren. Die untere Endwand 65 der ringartigen Nut 63 und die untere Fläche 75 des Flansches 73 entsprechen der öffnungsseitigen Kopplung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Des weiteren ist der Zwischenraum A größer festgelegt als der kleine Zwischenraum B bei dem ersten Ausführungsbeispiel. Dementsprechend fällt das Einspritzverhältnis bei der letzten Hälfte der Kraftstoffeinspritzung schnell ab, um die Kraftstoffeinspritzung abrupt zu stoppen.
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel ist ein Beispiel beschrieben, bei dem eine Bewegung der äußeren Nadel 6 zur Seite des Einspritzloches vor der inneren Nadel 7 bei einem Übergang der äußeren und der inneren Nadel 6, 7 von der Öffnungsposition zum Öffnen des äußeren und des inneren Einspritzloches 22, 23 zu der Schließposition zum Schließen des äußeren und des inneren Einspritzloches 22, 23 startet. Alternativ kann das Kraftstoffeinspritzventil einen Aufbau aufweisen, bei dem sich die äußere und die innere Nadel 6, 7 einstückig zur Seite des Einspritzloches bewegen, um die untere Endwand 65 der ringartigen Nut 63 in Kontakt mit der unteren Fläche 75 des Flansches 73 zu halten.
Bei diesem Aufbau ist es wünschenswert, dass der Zwischenraum A kleiner ist als der Zwischenraum B. Gemäß der vorstehenden Beschreibung fällt das Einspritzverhältnis dementsprechend bei der letzten Hälfte der Kraftstoffeinspritzung stark ab, um die Kraftstoffeinspritzung abrupt zu stoppen.
Im Folgenden wird ein Herstellungsverfahren des Kraftstoffeinspritzventils 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 9A, 9B beschrieben. Im Folgenden wird hauptsächlich ein Montageprozess der äußeren und der inneren Nadel 6, 7 beschrieben. Die 9A, 9B stellen die Montageprozedur zum Anbringen der inneren Nadel 7 in die äußere Nadel 6 dar.
Wie dies in den 9A, 9B gezeigt ist, ist die äußere Nadel 6 zumindest aus zwei Bestandteilen ausgebildet, nämlich: den Ventilkopfabschnitt 68 mit dem ersten und dem zweiten äußeren Ventilkopfabschnitt 66, 67; und einem annähernd zylinderförmigen Deckelabschnitt 69 mit der oberen Endwand 64 der ringartigen Nut 63 und einem Abschnitt der Druckaufnahmefläche 62 entgegengesetzt zu dem Einspritzloch. Ein Außendurchmesser des Deckelabschnittes 69 ist annähernd gleich einem Bohrungsdurchmesser des Bodens der ringartigen Nut 63.
Der Ventilkopfabschnitt 68 der äußeren Nadel 6 und der Deckelabschnitt 69 werden aneinander mittels einer Übergangspassung oder einer Presspassung befestigt. Hierbei wird ein Befestigungsprozess mit einer Übergangspassung beschrieben. Wie dies in den 9A, 9B gezeigt ist, wird der Ventilkopfabschnitt 68 der äußeren Nadel 6 in die innere Nadel 7 eingefügt, an der der Flansch 73 einstückig ausgebildet ist. Dann wird Wärme nur zu dem Ventilkopfabschnitt 68 der äußeren Nadel 6 zugefügt, um eine thermische Ausdehnung der äußeren Nadel 6 zu bewirken. Der Boden der ringartigen Nut 63 wird durch die Wärme der äußeren Nadel 6 im Durchmesser vergrößert. Dabei wird der Deckelabschnitt 69 in den Ventilkopfabschnitt 68 eingefügt, und dann wird der Deckelabschnitt 69 abgekühlt. Der Ventilkopfabschnitt 68 und der Deckelabschnitt 69 werden auf diese Art und Weise aneinander befestigt. Alternativ kann der Deckelabschnitt 69 an den Ventilkopfabschnitt 68 mit einer Presspassung befestigt werden.
Durch das vorstehend beschriebene Herstellungsverfahren ist es möglich, die Anzahl der Bauteile der äußeren Nadel 6 zu minimieren, ohne dass eine Festigkeit der inneren Nadel 7 verringert wird, die einen kleineren Durchmesser als die äußere Nadel 6 aufweist.
(Zweites Ausführungsbeispiel)
Im Folgenden wird ein Kraftstoffeinspritzventil 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 10 beschrieben. Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel haben die Bauelemente, die mit denselben Bezugszeichen wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel bezeichnet sind, im Wesentlichen dieselben Funktionen, wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel. Im Folgenden wird hauptsächlich ein Konstruktionsmerkmal beschrieben, das sich von dem ersten Ausführungsbeispiel unterscheidet. In der 10 ist ein wesentlicher Abschnitt des Kraftstoffeinspritzventils 1 in einer Nähe von Endabschnitten der äußeren und der inneren Nadel 6, 7 entgegengesetzt zu dem Einspritzloch dargestellt.
Wie dies in der 10 gezeigt ist, ist eine konische Feder 16 zwischen der oberen Endwand 64 der ringartigen Nut 63 der äußeren Nadel 6 und der oberen Fläche 74 des Flansches 73 der inneren Nadel 7 angebracht. Die konische Feder 16 entspricht dem elastischen Element gemäß der vorliegenden Erfindung. Die konische Feder 16 wird in einem Zustand zusammengedrückt, bei dem das äußere und das innere Einspritzloch 22, 23 durch die äußere und die innere Nadel 6, 7 geschlossen sind.
Die konische Feder 16 wird in dem Zwischenraum B so angebracht, dass die relative Versetzung zwischen der äußeren und der inneren Nadel 6, 7, das heißt der axiale Abstand zwischen der äußeren und der inneren Nadel 6, 7 bei dem Schließbetrieb der äußeren und der inneren Nadel 6, 7 nach der Öffnungsposition zum Öffnen des äußeren und des inneren Einspritzloches 22, 23 bis zu der Schließposition zum Schließen des äußeren und des inneren Einspritzloches 22, 23 gleich der relativen Versetzung zwischen der äußeren und der inneren Nadel 6, 7 ist, wenn die äußere und die innere Nadel 6, 7 das äußere und das innere Einspritzloch 22, 23 schließen. Die relative Versetzung zwischen der äußeren und der inneren Nadel 6, 7 ändert sich nämlich nicht zwischen der Öffnungsposition zum Öffnen des äußeren und des inneren Einspritzloches 22, 23 und der Schließposition. Dementsprechend werden die äußere und die innere Nadel 6, 7 gleichzeitig an die Ventilsitze 24, 25, 26 gesetzt, um die Kraftstoffeinspritzung aus den äußeren Einspritzlöchern 22 und die Kraftstoffeinspritzung aus den inneren Einspritzlöchern 23 gleichzeitig zu stoppen.
Die konische Feder 16, die in dem Zwischenraum B angebracht ist, hat eine derartige Elastizität, dass die konische Feder 16 die Maßfehler und die zeitlichen Änderungen der Gesamtlängen der äußeren und der inneren Nadel 6, 7 absorbieren kann.
Das elastische Element gemäß der vorliegenden Erfindung ist nicht auf die konische Feder 16 beschränkt. Das elastische Element kann durch irgendein Element gebildet sein, das in einer Komprimierungsrichtung elastisch verformt werden kann, um den Abstand zwischen der äußeren und der inneren Nadel 6, 7 in der axialen Richtung fein einzustellen. Gummi und Weichmetalle können zum Beispiel als das elastische Element gemäß der vorliegenden Erfindung dienen.
Die Beschreibung der Erfindung ist lediglich darstellender Natur, und somit sollen Änderungen, die den Umfang der Erfindung nicht verlassen, ebenfalls innerhalb des Umfangs der Erfindung sein. Derartige Änderungen verlassen den Umfang der Erfindung nicht.
Ein Fluideinspritzventil (1) hat eine äußere und eine innere Nadel (6, 7), die mit einer öffnungsseitigen Kopplung (65, 75) und einer schließseitigen Kopplung (64, 74) versehen sind. Die öffnungsseitige Kopplung (65, 75) bringt die äußere Nadel (6) mit der inneren Nadel (7) in Eingriff, um eine relative Versetzung zwischen der äußeren und der inneren Nadel (6, 7) innerhalb eines vorbestimmten Abstandes während eines Öffnungsbetriebes der äußeren und der inneren Nadel (6, 7) zum Öffnen eines äußeren und eines inneren Einspritzlochs (22, 23) zu begrenzen. Die schließseitige Kopplung (64, 74) bringt die äußere Nadel (6) mit der inneren Nadel (7) in Eingriff, um die relative Bewegung zwischen der äußeren und der inneren Nadel (6, 7) innerhalb eines zweiten vorbestimmten Abstandes während eines Schließbetriebs der äußeren und der inneren Nadel (6, 7) zu begrenzen.

Claims

Fluideinspritzventil (1) mit: einem Ventilkörper (21), der ein äußeres Einspritzloch (22) und ein inneres Einspritzloch (23) aufweist, um daraus jeweils ein Fluid einzuspritzen; einer äußeren Nadel (6), die in dem Ventilkörper (21) so angebracht ist, dass sie in einer axialen Richtung zum Öffnen und zum Schließen des äußeren Einspritzlochs (22) gleitet; einer inneren Nadel (7), die in einer Längsbohrung der äußeren Nadel (6) in der axialen Richtung zum Öffnen und zum Schließen des inneren Einspritzlochs (23) angebracht ist; einer Staudruckkammer (31), die einen Staudruck akkumuliert, der auf die äußere und die innere Nadel (6, 7) wirkt; und einem Drucksteuerventil (5), das den Staudruck zum Steuern von Bewegungen der äußeren und der inneren Nadel (6, 7) reguliert, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Nadel (6) und die innere Nadel (7) eine öffnungsseitige Kopplung (65, 75) und eine schließseitige Kopplung (64, 74) aufweisen, wobei die öffnungsseitige Kopplung (65, 75) die äußere Nadel (6) mit der inneren Nadel (7) in Eingriff bringt, um eine relative Versetzung zwischen der äußeren und der inneren Nadel (6, 7) innerhalb einer ersten vorbestimmten Distanz während eines Öffnungsbetriebs der äußeren und der inneren Nadel (6, 7) aus einem Schließzustand zum Schließen der äußeren und der inneren Einspritzlöcher (22, 23) zu einem Öffnungszustand zum Öffnen des äußeren und des inneren Einspritzlochs (22, 23) zu begrenzen, und wobei die schließseitige Kopplung (64, 74) die äußere Nadel (6) mit der inneren Nadel (7) in Eingriff bringt, um die relative Versetzung zwischen der äußeren und der inneren Nadel (6, 7) innerhalb einer zweiten vorbestimmten Distanz während eines Schließbetriebs der äußeren und der inneren Nadel (6, 7) aus dem Öffnungszustand zu dem Schließzustand zu begrenzen.
Fluideinspritzventil (1) gemäß Anspruch 1, wobei: die öffnungsseitige Kopplung (65, 75) ein erstes Spiel (A) aufweist; und die schließseitige Kopplung (64, 74) ein zweites Spiel (B) aufweist.
Fluideinspritzventil (1) gemäß Anspruch 2, wobei: die äußere und die innere Nadel (6, 7) so konfiguriert sind, dass bei dem Öffnungsbetrieb der äußeren und der inneren Nadel (6, 7) die äußere Nadel (6) eine Bewegung zu dem äußeren Einspritzloch (22) startet, bevor die innere Nadel (7) eine Bewegung zu dem inneren Einspritzloch (23) startet; und das erste Spiel (A) größer als das zweite Spiel (B) ist.
Fluideinspritzventil (1) gemäß Anspruch 2, wobei: die äußere und die innere Nadel (6, 7) so konfiguriert sind, dass bei dem Öffnungsbetrieb der äußeren und der inneren Nadel (6, 7) die äußere Nadel (6) eine Bewegung zu dem äußeren Einspritzloch (22) zur gleichen Zeit startet, wenn die innere Nadel (7) eine Bewegung zu dem inneren Einspritzloch (23) startet; und das erste Spiel (A) größer als das zweite Spiel (B) ist.
Fluideinspritzventil (1) gemäß Anspruch 2, des weiteren mit einem elastischen Element (16), das in einem Zwischenraum des zweiten Spiels (B) angebracht ist.
Fluideinspritzventil (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei: die äußere Nadel (6) eine Vertiefung (63) aufweist, die an einer Innenumfangsfläche ihrer Längsbohrung ausgebildet ist, wobei die Vertiefung (63) eine erste und eine zweite axiale Endinnenfläche (65, 64) aufweist, die in der axialen Richtung einander zugewandt sind; die innere Nadel (7) einen Vorsprung (73) aufweist, der von ihrer Außenumfangsfläche so vorsteht, dass er mit der Vertiefung (63) der äußeren Nadel (6) in Eingriff gelangt, wobei der Vorsprung (73) eine erste und eine zweite axiale Endfläche (75, 74) aufweist; die öffnungsseitige Kopplung (65, 75) die erste axiale Endinnenfläche (65) der Vertiefung (63) und die erste axiale Endfläche (75) des Vorsprungs (73) aufweist; und die schließseitige Kopplung (64, 74) die zweite axiale Endinnenfläche (64) der Vertiefung (63) und die zweite axiale Endfläche (74) des Vorsprungs (73) aufweist.
Fluideinspritzventil (1) gemäß Anspruch 6, wobei: die Vertiefung (63) in einem Endabschnitt der äußeren Nadel (6) entgegengesetzt zu einem Einspritzloch ausgebildet ist; und der Vorsprung (73) in einem Endabschnitt der inneren Nadel (7) entgegengesetzt zu einem Einspritzloch ausgebildet ist.
Fluideinspritzventil (1) gemäß Anspruch 6 oder 7, wobei die äußere Nadel (6) folgendes aufweist: einen äußeren Nadelkörper (68), der eine Bohrung mit kleinem Durchmesser und eine Bohrung mit großem Durchmesser aufweist; und eine zylinderförmige äußere Nadelanbringung (69), die in der Bohrung mit großem Durchmesser des äußeren Nadelkörpers (68) mittels einer Presspassung so eingepasst ist, dass die Vertiefung (63) zwischen der Bohrung mit kleinem Durchmesser des äußeren Nadelkörpers (68) und der äußeren Nadelanbringung (69) ausgebildet ist.